我所聯(lián)合廣州中醫(yī)藥大學揭示強光誘導鐵皮石斛類黃酮和多糖成分積累的共調控機制
鐵皮石斛是一種重要的藥食兩用植物，富含多種活性物質，其中多糖和黃酮類化合物是鐵皮石斛的重要活性成分，很大程度上決定了其營養(yǎng)品質和經濟價值。生長環(huán)境是影響藥用植物品質形成的重要因素，光作為自然界最為重要的環(huán)境因子之一，不僅是植物光合作用必需的能量來源，還可以調節(jié)植物生長發(fā)育及代謝過程。我院環(huán)藝所聯(lián)合廣州中醫(yī)藥大學王宏斌教授和靳紅磊教授研究團隊，以光對鐵皮石斛品質形成的作用及調控機制為課題進行了研究。
5月13日，雙方合作在The Plant Journal在線發(fā)表了題為“High Light Triggers Flavonoid and Polysaccharide Synthesis through DoHY5-Dependent Signaling in Dendrobium officinale”的研究論文，該研究首次揭示了強光誘導鐵皮石斛類黃酮和多糖成分積累的共調控機制。
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鐵皮石斛主要以莖入藥，根據莖顏色不同，有綠莖、紅莖和紫莖之分。研究發(fā)現(xiàn)，紅莖和紫莖鐵皮石斛中多糖含量高于綠莖鐵皮石斛。值得注意的是，強光是誘導花青素積累的一種重要環(huán)境因素，為了探究強光對于鐵皮石斛莖顏色和花青素積累的影響，研究人員將綠莖鐵皮石斛在強光下進行處理，其莖顏色逐漸由綠色轉變?yōu)榧t色，類黃酮類成分花青素含量在高光處理下顯著升高；更有趣的是，強光同時可以誘導鐵皮石斛多糖含量的增加，如甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等單糖單元顯著增加，表明持續(xù)強光處理鐵皮石斛可同時促進類黃酮成分花青素和多糖的積累。進一步，通過代謝組學和轉錄組學聯(lián)合分析構建了光調控的黃酮類成分花青素和多糖的生物合成途徑。
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?通過雙熒光素酶報告基因和ChIP-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛DoHY5可直接結合花青素生物合成基因（DoF3H1）和多糖生物合成基因（DoGMPP2、DoPMT28）的啟動子，并激活基因表達，從而同時促進鐵皮石斛中花青素和多糖的生物合成。瞬時過表達DoHY5顯著促進強光下花青素和多糖生物合成基因的表達，提高花青素和多糖的含量，沉默DoHY5則相反。該研究揭示了強光同時誘導鐵皮石斛中多糖和類黃酮生物合成的共調控機制，建立了鐵皮石斛莖顏色與品質的共關聯(lián)關系，為基于逆境種植鐵皮石斛提升品質提供了理論依據，也為鐵皮石斛遺傳改良提供了重要的基因資源。
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廣州中醫(yī)藥大學藥用植物生理生態(tài)研究所王宏斌教授和靳紅磊教授為本論文的共同通訊作者，廣州中醫(yī)藥大學藥用植物生理生態(tài)研究所博士研究生李東曉和廣東省農業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所葉廣英博士為共同第一作者，廣東省農業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所王再花研究員也參與了本項研究。相關工作得到了國家自然科學基金、廣東省特支計劃、廣東省重點領域研發(fā)計劃項目等的資助。
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.16284?
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